2023年5月5日,世界衛(wèi)生組織總干事譚德塞在日內(nèi)瓦舉行的發(fā)布會(huì)上宣布,新冠疫情不再構(gòu)成“國(guó)際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件”。但譚德塞在發(fā)布會(huì)上也指出,宣布新冠疫情不再構(gòu)成“國(guó)際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件”,這并不意味著新冠作為一種全球健康威脅已經(jīng)結(jié)束。上周,新冠仍然每三分鐘就奪走一條生命,全世界仍然有成千上萬(wàn)的人正在重癥監(jiān)護(hù)室里為他們的生命而戰(zhàn)。新冠病毒不會(huì)消失,人類要加強(qiáng)對(duì)自然界的監(jiān)控。同時(shí),藥物、免疫治療的研究不能停下,以防以后再有類似情況發(fā)生。
2019新型冠狀病毒肺炎已經(jīng)成為一場(chǎng)“大流行病”,這一致命的疾病對(duì)人體多器官造成了損傷,包括呼吸系統(tǒng)、胃腸道系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等。類器官作為一種具有自我更新、自我組織能力和再現(xiàn)來(lái)源組織生物學(xué)結(jié)構(gòu)和功能的新型研究模型,已廣泛應(yīng)用于新冠病毒研究。它不僅能模擬新冠肺炎的感染機(jī)制、臨床特征,還能為抗病毒藥物篩選帶來(lái)新的希望。
類器官模型特性
圖1 不同來(lái)源的干細(xì)胞形成的類器官(圖片來(lái)源于文獻(xiàn)[1]) |
類器官(organoids)是一種利用胚胎干細(xì)胞(embryomic stem cells,ESCs)、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(inducedpluripotent stem cells,iPSCs)或成體干細(xì)胞(adult/tissuestem cells,ASCs)獲得的三維構(gòu)建體。 |
類器官模型擁有與來(lái)源組織器官類似的空間組織并能重現(xiàn)相應(yīng)器官的部分功能,已應(yīng)用于包括肺、腸道、胃、肝臟、腎臟、大腦、視網(wǎng)膜等多種正;蚰[瘤組織的類器官研究模型中。 |
類器官培養(yǎng)常用小分子化合物
小分子化合物是指分子量小于1000Da(尤其小于500 Da),具有生物學(xué)活性的化合物。小分子化合物與細(xì)胞因子和蛋白不同,小分子可以透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞,發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)功能。小分子化合物的作用靶點(diǎn)眾多,已廣泛應(yīng)用于干細(xì)胞、類器官、免疫學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、表觀遺傳學(xué)、細(xì)胞凋亡、離子通道、腫瘤學(xué)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等生命科學(xué)中諸多重要的研究領(lǐng)域。
表1 類器官培養(yǎng)常用小分子化合物
產(chǎn)品名稱 |
作用及推薦濃度 |
Y-27632 |
處理人胚胎干細(xì)胞1h,可抑制干細(xì)胞的凋亡,提高克隆效率,延長(zhǎng)細(xì)胞的傳代。推薦工作濃度:10μM。 |
SB202190(FHPI) |
可誘導(dǎo)人胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化,促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的自我更新,可用于胃腸道、乳腺類器官的培養(yǎng)。推薦工作濃度:10μM。 |
CHIR-99021 |
可誘導(dǎo)人胚胎干細(xì)胞向內(nèi)胚層分化,在腎臟和視網(wǎng)膜類器官培養(yǎng)中用到。與其他試劑結(jié)合使用,能刺激體細(xì)胞重編程為干細(xì)胞。推薦工作濃度:3μM |
A 83-01 |
用于肝臟、前列腺以及乳腺類器官的培養(yǎng),抑制iPSCs的分化,維持體外細(xì)胞的自我更新。推薦工作濃度:2μM,現(xiàn)配現(xiàn)用。 |
胃膜素(人) |
用于胃腸道類器官的研究。腸道及肝臟類器官培養(yǎng)時(shí),需要添加胃泌素來(lái)延長(zhǎng)類器官的存活時(shí)間。推薦工作濃度:10nM |
煙酰胺 |
促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞分化成胰島素生成細(xì)胞,抑制sirtuins活性,并用于促進(jìn)類器官的形成和延長(zhǎng)類器官的壽命。推薦工作濃度:10mM。 |
佛司可林 |
誘導(dǎo)多種類型細(xì)胞的分化并激活PXR和FXR,具有血小板抗凝集和降壓作用,與其他小分子聯(lián)合使用時(shí),可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞重編程為iPSCs。肝臟類器官培養(yǎng)的過(guò)程中必須添加該物質(zhì)。推薦工作濃度:1-10μM。 |
前列腺素E2 |
前列腺素E2(PGE2)與特異的受體結(jié)合后可介導(dǎo)細(xì)胞增殖、分化,在肝臟類器官和前列腺類器官培養(yǎng)時(shí)需要添加。推薦工作濃度:500nM |
乙酰半胱氨酸 |
抗氧化劑谷胱甘肽的前體,具有抗氧化作用,也是ROS抑制劑,抑制神經(jīng)元細(xì)胞凋亡,在大多數(shù)類器官的培養(yǎng)過(guò)程中都需要添加該物質(zhì)。推薦工作濃度:1mM。 |
類器官在新冠病毒研究中的應(yīng)用
新冠患者表現(xiàn)出的癥狀多種多樣,常見(jiàn)臨床癥狀為呼吸系統(tǒng)損傷,部分患者出現(xiàn)急性心衰、肝腎損傷等多器官功能衰竭[2]。而病人尸檢結(jié)果顯示,在多種組織和器官中都檢測(cè)到了病毒基因組,如肺、腸、咽、心臟、肝臟、腎臟、大腦等[3]。病毒如何進(jìn)入人體不同組織的細(xì)胞,如何在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制,宿主與病原體之間的相互作用,這些研究需要一個(gè)能展示組織結(jié)構(gòu)組成信息及組織生理功能的模型,而源自不同組織類型的類器官已應(yīng)用于新冠病毒感染研究中,成為研究新冠病毒感染病理生理學(xué)以及藥物評(píng)估和體外毒理學(xué)研究的良好模型(表2)。
表2 不同類型3D類器官在新冠病毒中的研究
類器官類型 |
來(lái)源 |
研究?jī)?nèi)容 |
參考文獻(xiàn) |
肺 |
iPSCs |
病毒感染AT2細(xì)胞,并誘導(dǎo)強(qiáng)烈的趨化因子響應(yīng),用于高通量抗病毒藥物篩選。 |
[4] |
血管 |
iPSCs |
病毒感染,hrsACE2顯著抑制感染。 |
[5] |
小腸 |
人小腸組織 |
病毒感染小腸類器官中的腸上皮細(xì)胞,引起病毒響應(yīng)程序。 |
[6] |
眼 |
ESCs |
病毒感染角膜緣,引起強(qiáng)烈的NF-κB響應(yīng),Ⅰ/Ⅲ型干擾素下調(diào)。 |
[7] |
結(jié)腸 |
人結(jié)腸組織 |
病毒感染并在類器官中復(fù)制。 |
[8] |
腦 |
iPSCs |
病毒感染脈絡(luò)叢上皮,導(dǎo)致炎癥反應(yīng)失調(diào)、血腦脊液屏障功能受損。 |
[9] |
腎 |
ESCs |
病毒感染,hrsACE2顯著抑制感染。 |
[10] |
肝膽管 |
iPSCs |
分別誘導(dǎo)分化形成肝臟類器官和膽管類器官;病毒感染引起趨化因子響應(yīng)。 |
[11] |
類器官原代培養(yǎng)操作流程